(57)【要約】【課題】静電偏向電源に乗っているノイズ成分によるイオンビームへの影響を軽減して、性能のよい荷電粒子ビーム装置およびＦＩＢ装置を提供すること。【解決手段】静電偏向器を多段に分割して、走査倍率に応じて印加する静電偏向器の実効の面積を切換えることによって、偏向感度（偏向の変移距離／偏向電圧）を変えて、ノイズ成分による影響を軽減する。【選択図】  図８
2005019001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを発生し取り出す荷電粒子源と、発生し取り出した荷電粒子ビームにエネルギーを与える加速手段と、加速された荷電粒子ビームを集束して試料上に照射するレンズと、荷電粒子ビームを前記試料上で走査するための機能と軸合わせのための機能とを兼ね備えた静電偏向器とを備える荷電粒子ビーム装置において、
（１）前記静電偏向器は、荷電粒子ビームの軸に沿って上段と下段の２段の静電偏向器からなり、これら上段静電偏向器と下段静電偏向器とはそれぞれ荷電粒子ビームの軸に沿って、更に複数段に分割され、
（２）前記上段静電偏向器のうちの少なくとも１段と前記下段静電偏向器のうちの少なくとも１段とを選択する選択手段と、
（３）前記選択のための基準値と選択された上段静電偏向器に関する第１の係数と第２の係数と選択された下段静電偏向器に関する第３と第４の係数を記憶する記憶手段と、
（４）前記選択基準値と前記第１と第２の係数と前記第３と第４の係数とを用いて、選択された各静電偏向器に印加する電圧値を算出する演算手段と、（５）前記算出された電圧値に基づいて各静電偏向器に印加する電圧を発生する電源手段とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項２】
前記選択のための基準値は、荷電粒子ビームを前記試料上で走査する際の走査倍率あるいは走査幅が所定の値であるように設定したことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】
前記選択された上段静電偏向器の第１の係数と選択された下段静電偏向器の第３の係数は、前記荷電粒子ビームを前記試料上で走査する際の走査幅の値を決定する走査のための偏向量と印加電圧との関係を示す係数値であり、前記選択された上段静電偏向器の第２の係数と選択された下段静電偏向器の第４の係数は、前記荷電粒子ビームが静電偏向器に傾いて入射する入射角度を修正するための偏向量を決定する軸合わせのための偏向量と印加電圧との関係を示す係数値であることを特徴とする請求項２記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項４】
前記記憶手段は、前記静電偏向器を用いて走査する範囲の中心位置を試料上で所望の距離だけ移動する移動量を記憶し、前記演算手段は、前記移動量と前記選択された上段静電偏向器の第１の係数と選択された下段静電偏向器の第３の係数の値とを用いて走査する範囲の中心位置を所望の距離だけ試料上で移動することを特徴とする請求項３記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項５】
前記記憶手段は、（ａ）前記荷電粒子ビームを前記試料上で走査する際の走査の位置と（ｂ）前記荷電粒子ビームが静電偏向器に傾いて入射する入射角度を修正するための偏向量と（ｃ）前記走査する範囲の中心位置を試料上で所望の距離だけ移動する移動量の内の少なくとも１つに関して、前記選択に伴う動作の前後でのずれ量を予め記憶し、前記演算手段は、前記憶手段の前記ずれ量を参照し、補正するようにすることを特徴とする請求項４記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項６】
前記記憶手段は、静電偏向器への印加可能な最大印加電圧値を記憶し、更に、上記荷電粒子ビーム装置は、前記算出された電圧値がこれを超えた場合には、前記静電偏向器の選択を変更するよう判断する判断手段を備えたことを特徴とする請求項３乃至５の１つに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項７】
荷電粒子ビームの軸に沿って上段の偏向器と下段の静電偏向器の２段からなる静電型偏向器であって、
（１）上段静電偏向器と下段静電偏向器とはそれぞれ荷電粒子ビームの軸に沿って、更に複数段に分割され、
（２）前記上段静電偏向器のうちの少なくとも１段と前記下段静電偏向器のうちの少なくとも１段とを選択する選択手段と、
（３）静電偏向器への印加可能な最大印加電圧値と選択された上段静電偏向器に関する第１の係数と第２の係数と選択された下段静電偏向器に関する第３と第４の係数を記憶する記憶手段と、
（４）前記第１と第２の係数と前記第３と第４の係数とを用いて選択された各静電偏向器に印加する電圧値を算出する演算手段と、
（５）前記算出された電圧値と前記印加可能な最大印加電圧値とを比較し前記算出された電圧値が前記印加可能な最大印加電圧値を超えずかつ最も近くなるように前記選択手段を制御する制御手段と、
（６）その結果に基づいて算出された電圧を発生し各静電偏向器に印加する電源手段と、を備えたことを特徴とする静電型偏向器。
【請求項８】
前記選択された上段静電偏向器の第１の係数と選択された下段静電偏向器の第３の係数は、静電型偏向器に入射する荷電粒子ビームの光軸に垂直な面内での位置に対して静電型偏向器を出射する前記荷電粒子ビームの光軸に垂直な面内での位置を所望の距離だけ移動するための偏向量と印加電圧との関係を示す係数値であり、前記選択された上段静電偏向器の第２の係数と選択された下段静電偏向器の第４の係数は、静電型偏向器に入射する荷電粒子ビームに対して静電型偏向器を出射する前記荷電粒子ビームの傾きを所望の傾きだけ傾けるための偏向量と印加電圧との関係を示す係数値であることを特徴とする請求項７記載の静電型偏向器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集束イオンビーム装置等の荷電粒子ビーム装置に関し、詳しくは２段偏向の静電型偏向器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、最も一般的な集束イオンビーム（ｆｏｃｕｓｅｄ  ｉｏｎ  ｂｅａｍ，  ＦＩＢ）装置を説明する図である。図１において、１はイオンビームを放射する液体金属イオン源のエミッタ、２はイオンの放射を制御するためのサプレッサ電極、３はイオンをエミッタから引き出すための引き出し電極、４はイオンを加速するための加速電極、５はコンデンサレンズ、６はイオンビーム電流を制限するための絞り、Ｗは試料、７はイオンビームを試料Ｗにフォーカスさせるための対物レンズ、８は試料Ｗを載置する試料ステージである。コンデンサレンズ５および対物レンズ７は、例えば、３枚の電極から成る静電型のレンズが用いられる。更に、１０はイオンビームを静電的に偏向して、イオンビームを試料Ｗ上で二次元的に走査するための偏向器、１１は偏向器１０に走査電圧を印加するための偏向電源、１２は偏向電源１１を制御するための制御コンピュータである。なお、エミッタ１から試料Ｗ直前までを、一般にイオン光学系あるいはイオン照射系と呼び、真空容器中に配置される。
【０００３】
次に、このような構成の動作について簡単に説明する。まず、図示しない加速電圧電源から加速電圧Ｖａｃｃ（例えば５０ｋＶ）が供給され、エミッタ１とアース間に印加される。同じくエミッタ１から見て負の電圧（例えば−５ｋＶ）が図示しない引き出し電圧電源から供給され、引き出し電極３に印加され、エミッタ１からイオンビームを引き出す。このとき、同じく図示しないサプレッサ電圧電源からエミッタ１と同程度の電圧（例えば±１ｋＶ）が供給され、サプレッサ電極２に印加され、エミッタ１から引き出されるイオンビームＩＢの放出量（エミッション電流）を制御する。更に、アース電位にある加速電極４によって、イオンビームＩＢは所定のエネルギ（例えば５０ｋｅＶ）が与えられる。
【０００４】
続いて、同じく図示しないコンデンサレンズ電源から所定の電圧がコンデンサレンズ５に供給され、コンデンサレンズ５はイオンビームＩＢを集束する。この印加する電圧を適当に選ぶことによって、絞り６の絞りの穴径と相まって、イオンビーム電流の値が決定される。更に、図示しない対物レンズ電源からは対物レンズ７に所定の電圧が供給・印加され、対物レンズ７はイオンビームを試料Ｗ上にフォーカスさせて照射する。
【０００５】
このようなイオンビームＩＢは、偏向器１０によって偏向され、試料Ｗ上の所望の位置に照射される。即ち、制御コンピュータ１２は、所望の走査倍率や所望のシフト量に従って、偏向電源１１に指令を出す。偏向電源１１は、制御コンピュータ１２からの指令に従って、所定の電圧を偏向器１０に印加する。偏向器１０は、その印加電圧に従って、イオンビームＩＢを偏向させて、試料Ｗ上の所望の位置に照射する。
【０００６】
なお、ここで走査倍率（あるいは単に倍率）とは、イオンビームＩＢを試料Ｗ上で２次元的に走査して、このとき試料Ｗから発生する信号を検出して形成する走査顕微鏡像を表示する際の像の表示幅Ｄとその表示幅に対応する試料上のイオンビームＩＢの走査幅Ｌの比で表される（図６参照）。偏向器１０に印加する走査のための電圧は、通常、図７（ａ）および図７（ｂ）の如き鋸歯状波を用いる。ここで、横軸は時間、縦軸は電圧を表す。試料Ｗ上のＸ−Ｙ平面の一方向（例えばＹ方向）には図７（ａ）の鋸歯状波、もう一方向には図７（ｂ）の鋸歯状波を用いて、テレビのラスタの如く試料Ｗ上の一定の範囲（面積）の平面を走査する。走査の間、印加電圧は−ＶからＶまで周期的に変化するが、走査のための印加電圧という場合の電圧は、ピーク値のＶ（場合によってはピークツーピーク値の２・Ｖ）を指す。
【０００７】
また、シフト（あるいはイメージシフト）とは、走査顕微鏡像の視野を偏向器によって２次元的に移動させることをいう。図７（ｃ）および（ｄ）に示すように、走査のための鋸歯状波に、ある電圧Ｖｓｙ、Ｖｓｘを重畳させて偏向器に印加すればよい。一般に、偏向器１０は、上記の如き走査機能とシフト機能を合わせて行わせることができる。
【０００８】
試料Ｗは、図示しない試料交換室を通して装置外部から装置内部に持ち込まれ、試料ステージ８に載置される。試料ステージ８は、例えば少なくとも水平面内でＸおよびＹ方向に試料Ｗを駆動・移動させることができるようになっている。このように試料ステージ８を駆動して、試料Ｗ上の任意の位置をイオンビームＩＢの照射位置に移動させることができる。そして一般には、おおよその位置決めには試料ステージ８を駆動して行い、細かな位置決めはシフト機能即ち偏向器１０によって行う。
【０００９】
図２および図３は従来の偏向器の近傍の構成と動作を説明するための図である。図４は偏向器を構成する偏向子（あるいは偏向電極）を説明するための図である。図５は２段偏向方式の偏向器の動作を説明するための図である。図２は、対物レンズ７の下流側（以下、イオン源側を上流と呼び、試料側を下流と呼ぶ）に偏向器１０が配置した１段偏向方式の偏向器の例である。図２において、１０は偏向器である。対物レンズ７の主面の中心を通過したイオンビームＩＢは偏向器１０によって偏向され、試料Ｗ上で、イオンビームＩＢの照射位置が距離Ｌだけ移動する。図３は、対物レンズ７の上流側に偏向器１０を配置した例であって、２段偏向方式の偏向器の例である。図３において、１０Ｕは上流側の偏向器であって上段偏向器と呼び、１０Ｌは下流側の偏向器であって下段偏向器と呼ぶ。イオンビームＩＢは上段偏向器１０Ｕで偏向され、続いて下段偏向器１０Ｌで上段偏向器１０Ｕでの偏向方向とは逆方向に偏向される。このとき、イオンビームＩＢが常に対物レンズ７の主面の中心を通過するように、上段偏向器１０Ｕの偏向量と下段偏向器１０Ｌの偏向量の比率を調整しておく。この調整によって、下段偏向器１０Ｌの偏向量の絶対値は、上段偏向器１０Ｕでの偏向量の絶対値の２倍前後の比率となる。従って、偏向されたイオンビームＩＢは対物レンズ７の主面の中心を通りかつ主面に対して傾いて照射されるので、試料Ｗ上で、イオンビームＩＢの照射位置が距離Ｌだけ移動する。
【００１０】
図４（ａ）は静電４極子型の偏向器１０をイオンビームの光軸方向から見た図である。図４（ａ）において、ｘはＸ−Ｙ平面のＸ方向の軸を表し、ｙはＹ方向の軸を表す。Ｘ１は光軸中心から見てＸ方向に配置された偏向子（偏向電極）、Ｘ２は光軸中心から見てＸの逆方向に配置された偏向子、Ｙ１は光軸中心から見てＹ方向に配置された偏向子、Ｙ２は光軸中心から見てＹの逆方向に配置された偏向子である。このように、静電４極子型の場合の偏向器１０は、４つの偏向子Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から成っている。偏向電源１１からＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２の各偏向子に、それぞれＶｘ、−Ｖｘ、Ｖｙ、−Ｖｙの電圧を印加する。このように、互いに対向する偏向子（Ｘ１とＸ２あるいはＹ１とＹ２）には電圧の絶対値は同じで極性が異なる電圧が印加される。このような電圧が印加されると、イオンビームＩＢは印加電圧ＶｘおよびＶｙに対応して偏向される。
【００１１】
図４（ｂ）は静電８極子型の偏向器１０をイオンビームの光軸方向から見た図である。図４（ｂ）において、ｘはＸ−Ｙ平面のＸ方向の軸を表し、ｙはＹ方向の軸を表す。Ｘ１は光軸中心から見てＸ方向に配置された偏向子、Ｘ２は光軸中心から見てＸの逆方向に配置された偏向子、Ｙ１は光軸中心から見てＹ方向に配置された偏向子、Ｙ２は光軸中心から見てＹの逆方向に配置された偏向子であり、ＸＹ１は光軸中心から見てＸとＹの中間の方向に配置された偏向子、ＸＹ２は光軸中心から見て上記ＸＹ１の逆方向に配置された偏向子、ＹＸ１は光軸中心から見てＹと−Ｘの中間方向に配置された偏向子、ＹＸ２は光軸中心から見て上記ＹＸ１の逆方向に配置された偏向子である。このように、静電８極子型の場合の偏向器１０は、８つの偏向子Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２、ＸＹ１、ＸＹ２、ＹＸ１、ＹＸ２から成っている。偏向電源１１からＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２、ＸＹ１、ＸＹ２、ＹＸ１、ＹＸ２の各偏向子に、それぞれＶｘ、−Ｖｘ、Ｖｙ、−Ｖｙ、（Ｖｘ＋Ｖｙ）／√２、（−Ｖｘ−Ｖｙ）／√２、（−Ｖｘ＋Ｖｙ）／√２、（Ｖｘ−Ｖｙ）／√２の偏向電圧を印加する。この場合も、互いに対向する偏向子には電圧の絶対値は同じで極性が異なる電圧が印加される。このような電圧が印加されると、イオンビームＩＢは印加電圧ＶｘおよびＶｙに対応して偏向される。
【００１２】
図５は、図３の２段偏向方式の偏向器の場合のイオンビームＩＢの軌道を説明する一例である。図５において、横軸はイオンビームＩＢの光軸に沿った距離Ｚを表しており、上段偏向器１０Ｕの上流側の端部を原点としている。縦軸はイオンビームＩＢの光軸を中心として、例えばＸ方向の距離を表している。この例では、まず、イオンビームＩＢの光軸の−１０ｍｍの位置に絞り６が配置されている。偏向器１０は上段偏向器１０Ｕ、下段偏向器１０Ｌ共に内径を３ｍｍ、上段偏向器１０Ｕおよび下段偏向器１０ＬのＺ方向の長さを共に２０ｍｍとし、両者の間隔を１０ｍｍ空けて配置されている。また、下段偏向器１０Ｌの下流側の端部から１０ｍｍ離れた位置に対物レンズ７の主面がくるように配置し、更に、１０ｍｍ下流側に試料Ｗが配置されている。上段偏向器１０Ｕに印加する電圧をＶｕｐｐｅｒ、下段偏向器１０Ｌに印加する電圧をＶｌｏｗｅｒと表すものとする。
【００１３】
まず、図５の例において、イオンビームＩＢが光軸の中心を通って上段偏向器１０Ｕに垂直に入射した場合について考える。この例においては、
Ｒｔｉｌｔ＝Ｖｌｏｗｅｒ／Ｖｕｐｐｅｒ＝−２．５０                                        （１−１）
を満たすとき、図５で「ｔｉｌｔ」と表した軌道をとる。この軌道は、光軸の中心を通って上段偏向器１０Ｕに垂直に入射したイオンビームＩＢが上段偏向器１０Ｕである量の偏向を受け、下段偏向器１０Ｌで逆方向にほぼ２倍の偏向を受けて振り戻され、対物レンズ７の主面の位置で光軸と交差するようになっている。このようにして、イオンビームＩＢは試料Ｗ上で光軸の中心位置から所定の距離Ｌだけ離れた位置に照射されることになる。この「ｔｉｌｔ」軌道を用いることによって、走査機能とシフト機能とを実施することができる。これが２段偏向方式の偏向器の場合の基本的な動作である。このような偏向方式を「振り戻し式の偏向方式」ということがある。
【００１４】
次に、イオンビームＩＢが光軸とある傾斜角をもって上段偏向器１０Ｕに斜めに入射した場合について考える。この例においては、
Ｒａｌｉｇｎ＝Ｖｌｏｗｅｒ／Ｖｕｐｐｅｒ＝−０．６６７                                （１−２）
を満たすとき、図５で「ａｌｉｇｎ」と表した軌道をとる。この軌道は、斜めに上段偏向器１０Ｕに入射したイオンビームＩＢが上段偏向器１０Ｕである量の偏向を受け、下段偏向器１０Ｌで逆方向にほぼ１／２程度の偏向を受けて振り戻され、対物レンズ７の主面の位置で光軸と一致するようになっている。この「ａｌｉｇｎ」軌道を用いることによって、偏向器１０より上流のイオン光学系の光学軸と偏向器１０より下流のイオン光学系の光学軸との不一致を調整することができる。
【００１５】
そこで一般には、上段偏向器１０Ｕと下段偏向器１０Ｌの印加する偏向電圧ＶｕｐｐｅｒとＶｌｏｗｅｒは、上記走査のための印加電圧Ｖｓｃａｎとシフトのための印加電圧Ｖｓｈｉｆｔと光学軸調整のための印加電圧Ｖａｌｉｇｎとを重畳するようにする。即ち、
Ｖｕｐｐｅｒ＝Ｖｓｃａｎ＋Ｖｓｈｉｆｔ＋Ｖａｌｉｇｎ                                      （１−３）
Ｖｌｏｗｅｒ＝Ｒｔｉｌｔ・（Ｖｓｃａｎ＋Ｖｓｈｉｆｔ）＋Ｒａｌｉｇｎ・Ｖａｌｉｇｎ  （１−４）
である。
【００１６】
また、静電型偏向器では、偏向器の感度ｆを定義することができる。感度ｆは、偏向器に印加する単位電圧当りの試料Ｗ上でのイオンビームＩＢの変移の距離で表される。印加する電圧をＶ、試料Ｗ上で偏向される距離をＬと表せば、
ｆ＝Ｌ／Ｖ                                                                                  （１−５）
である。更に、走査に用いる鋸歯状波のピークツーピークの電圧をＶｐ−ｐ、試料Ｗ上での走査幅をＬｐ−ｐとすれば、
ｆ＝Ｌ／Ｖ＝Ｌｐ−ｐ／Ｖｐ−ｐ                                                      （１−６）
である。従って、走査像の表示幅をＤ、倍率をＭと表せば、Ｍ＝Ｄ／Ｌｐ−ｐであるから、
ｆ＝Ｄ／（Ｍ・Ｖｐ−ｐ）                                                            （１−７）
となる。あるいは、
Ｖｐ−ｐ＝Ｄ／（ｆ・Ｍ）                                                              （１−８）
である。ただし、以下の記載においては、走査幅を単にＬと表し、電圧Ｖｐ−ｐあるいはＶｐ−ｐ／２を単にＶと表す。
【００１７】
さて、このようにして試料Ｗ上に照射されるイオンビームＩＢは、コンデンサレンズや対物レンズによって、細く絞られその太さは１０ｎｍ以下に達する。このような装置において、偏向器１０に印加する偏向電源１１の印加電圧にノイズ成分が含まれていると、イオンビームＩＢはノイズ成分に比例して変動してしまう。感度ｆの偏向器において、ピークツーピークで表される電圧ノイズΔＶの影響によってイオンビームＩＢのビーム径の劣化（ビーム径が見掛け上太くなる）量Δｄは、おおよそ
Δｄ＝ｆ・ΔＶ／√２                                                              （１−９）
で表されるといってよい。従って、電圧ノイズΔＶによるイオンビームＩＢのビーム径の劣化を軽減するには、偏向器の感度ｆを低くすればよいことが分かる。しかし、単に感度ｆを低くしただけでは、低倍率の走査像が実現できなくなるとか、低倍率の走査像の場合に異常に高い偏向電圧を用いなければならい等の問題があり、何らかの工夫が要求される。
【００１８】
ただし、このような偏向電源１１の印加電圧に含まれる電圧ノイズΔＶによるイオンビームＩＢのビーム径の劣化は、高倍率のときには問題となるが、低倍率のときには問題とはならない。例えば、劣化が１ｎｍ程度であって、画素数が１０００×１０００である走査像を１００ｍｍ角に表示したとすると、倍率がさほど高くはない１０００倍のとき１画素当りの試料上の大きさは１００ｎｍ×１００ｎｍであり、１ｎｍ程度の劣化は画素内に埋もれてしまうので十分無視できる。しかし、倍率が高倍の１０万倍になれば、１画素の大きさと劣化の度合いとが同等の大きさとなり無視できなくなる。
【００１９】
このようなノイズ成分によるイオンビームＩＢの変動は、イオン光学系の性能向上即ちイオンビームＩＢが細く絞られるに伴って無視できなくなり、ＦＩＢ装置の総合的な性能向上の隘路となってきた。
【００２０】
そこで、本件発明者は、先願（特願２０００−３１００２６、特開２００２−１１７７９６）において、荷電粒子ビームを発生し取り出す荷電粒子源と、発生し取り出した荷電粒子ビームにエネルギーを与える加速手段と、加速された荷電粒子ビームを集束して試料上に照射するレンズと、荷電粒子ビームを前記試料上で走査するための静電偏向器とを備える荷電粒子ビーム装置において、前記静電偏向器は、荷電粒子ビームの軸に沿って複数段配置され、前記静電偏向器のうちの少なくとも１段を選択する選択手段と、前記選択された静電偏向器に所定の電圧を印加する電源手段とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置を提案した。
【００２１】
更に、前記選択手段は、荷電粒子ビームを前記試料上で走査する際の走査倍率の値あるいは走査幅の値に依存して、使用する静電偏向器を選択するようになしたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置であった。
【００２２】
例えば、先願（特願２０００−３１００２６、特開２００２−１１７７９６）の実施の形態３を引用すると以下の如くである。
【００２３】
図９は、先願の発明を、振り戻し方式の２段偏向方式の偏向器に応用した場合の構成と動作を説明する図である。偏向器１０は上段偏向器１０Ｕと下段偏向器１０Ｌから成り、更に、上段偏向器１０Ｕと下段偏向器１０Ｌはそれぞれ２つの偏向器に分割されている。即ち、１０Ｕ１は上段偏向器１０Ｕの分割された上流側の偏向器、１０Ｕ２は上段偏向器１０Ｕの分割された下流側の偏向器、１０Ｌ１は下段偏向器１０Ｌの分割された上流側の偏向器、１０Ｌ２は下段偏向器１０Ｌの分割された下流側の偏向器である。１１Ｕは上段偏向器に偏向電圧を印加するための上段偏向電源、１１Ｌは下段偏向器に偏向電圧を印加するための下段偏向電源、１２は制御コンピュータ、ＳＷＵおよびＳＷＬはスイッチである。スイッチＳＷＵおよびＳＷＬは、走査の倍率Ｍのある値を閾値Ｍｔとして、状態「ｌｏｗ」と状態「ｈｉｇｈ」とに切換えられるように制御コンピュータ１２によって制御される。状態「ｌｏｗ」は、Ｍ≦Ｍｔの場合であって、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０Ｕ２とが共に上段偏向電源１１Ｕと接続され、かつ偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とが共に下段偏向電源１１Ｌと接続されている状態である。この状態における感度ｆはｆｌｏｗである。状態「ｈｉｇｈ」は、Ｍ＞Ｍｔの場合であって、偏向器１０Ｕ２は上段偏向電源１１Ｕと接続されているが、偏向器１０Ｕ１は上段偏向電源１１Ｕから切離されアースに落とされ、かつ偏向器１０Ｌ２は下段偏向電源１１Ｌと接続されているが、偏向器１０Ｌ１は下段偏向電源１１Ｌから切離されアースに落とされている状態である。この状態における感度ｆはｆｈｉｇｈであって、
ｆｌｏｗ＞ｆｈｉｇｈ                                                                            （２−１）
の関係にある。
【００２４】
このような構成の動作について説明する。図９において、制御コンピュータ１２は、倍率値Ｍと閾値Ｍｔとを比較し、倍率値Ｍが閾値Ｍｔ以下であれば、スイッチＳＷＵおよびＳＷＬとを共に「ｌｏｗ」側に倒して、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０Ｕ２とを接続し、かつ偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とを接続する。更に、制御コンピュータ１２は、状態が「ｌｏｗ」であることと倍率値あるいは電圧値を上段偏向電源１１Ｕと下段偏向電源１１Ｌとに伝える。この情報を基に上段偏向電源１１Ｕは、状態が「ｌｏｗ」である場合の倍率値に対応する偏向電圧を発生して、偏向器１０Ｕ１の各偏向子と偏向器１０Ｕ２の各偏向子とに印加する。走査のための印加電圧Ｖｕｐｐｅｒは、感度ｆを考慮して、
Ｖｕｐｐｅｒ＝Ｄ／（ｆｌｏｗ・Ｍ）                                                  （２−２）
である。ただし、シフトのための印加電圧Ｖｓｈｉｆｔと光学軸調整のための印加電圧Ｖａｌｉｇｎは説明の都合上無視している。
【００２５】
同様に、この情報を基に下段偏向電源１１Ｌは、状態が「ｌｏｗ」である場合の倍率値に対応する偏向電圧を発生して、偏向器１０Ｌ１の各偏向子と偏向器１０Ｌ２の各偏向子とに印加する。走査のための印加電圧Ｖｌｏｗｅｒは、感度ｆを考慮して、
Ｖｌｏｗｅｒ＝Ｄ・Ｒｔｉｌｔ（ｌｏｗ）／（ｆｌｏｗ・Ｍ）                          （２−３）
である。ここでＲｔｉｌｔ（ｌｏｗ）は、２段偏向方式において、状態「ｌｏｗ」のとき上段偏向器で偏向されたビームが下段偏向器で正確に「振り戻される」ための定数であって、偏向器の寸法によって決まる。なお、上式では、シフトのための印加電圧Ｖｓｈｉｆｔと光学軸調整のための印加電圧Ｖａｌｉｇｎは説明の都合上無視している。
【００２６】
この状態は、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０Ｕ２とがひとつの上段偏向器１０Ｕとして動作し、かつ偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とがひとつの下段偏向器１０Ｌとして動作することを表している。このようにして印加された電圧に従って、イオンビームＩＢは偏向を受け、試料Ｗ上で所定の位置に照射される。
【００２７】
このときの電圧ノイズΔＶの影響によるイオンビームＩＢのビーム径の劣化（ビーム径が太くなる）量Δｄｌｏｗは、おおよそ
Δｄｌｏｗ＝ｆｌｏｗ・ΔＶ／√２                                                （２−４）
である。
【００２８】
次に、走査の倍率Ｍが閾値Ｍｔを超える場合の動作について説明する。図９において、制御コンピュータ１１は、倍率値Ｍが閾値Ｍｔを超えていることを認識すると、スイッチＳＷＵおよびＳＷＬとを共に「ｈｉｇｈ」側に倒して、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０Ｕ２とを切り離し、偏向器１０Ｕ１の各偏向子をアースに落とし、かつ偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とを切り離し、偏向器１０Ｌ１の各偏向子をアースに落とす。更に、制御コンピュータ１２は、状態が「ｈｉｇｈ」であることと倍率値あるいは電圧値を上段偏向電源１１Ｕと下段偏向電源１１Ｌとに伝える。この情報を基に上段偏向電源１１Ｕは、状態が「ｈｉｇｈ」である場合の倍率値に対応する偏向電圧を発生して、偏向器１０Ｕ２の各偏向子に印加し、同様にこの情報を基に下段偏向電源１１Ｌは、状態が「ｈｉｇｈ」である場合の倍率値に対応する偏向電圧を発生して、偏向器１０Ｌ２の各偏向子に印加する。走査のための印加電圧ＶｕｐｐｅｒとＶｌｏｗｅｒは、感度ｆを考慮して、
Ｖｕｐｐｅｒ＝Ｄ／（ｆｈｉｇｈ・Ｍ）                                                （２−５）
Ｖｌｏｗｅｒ＝Ｄ・Ｒｔｉｌｔ（ｈｉｇｈ）／（ｆｈｉｇｈ・Ｍ）                        （２−６
）
である。ここでもＲｔｉｌｔ（ｈｉｇｈ）は、２段偏向方式において、状態「ｈｉｇｈ」のとき上段偏向器で偏向されたビームが下段偏向器で正確に「振り戻される」ための定数であって、偏向器の寸法によって決まる。また、上式では、シフトのための印加電圧Ｖｓｈｉｆｔと光学軸調整のための印加電圧Ｖａｌｉｇｎは説明の都合上無視している。
【００２９】
この状態は、偏向器１０Ｕ１あるいは偏向器１０Ｌ１はアース電位の単なる円筒（この円筒はアース電位であるのでイオンビームＩＢに影響を与えない）であり、その下流側の偏向器１０Ｕ２あるいは偏向器１０Ｌ２がそれぞれひとつの偏向器として動作することを表している。このようにして印加された電圧に従って、イオンビームＩＢは偏向を受け、試料Ｗ上で所定の位置に照射される。
【００３０】
このときの電圧ノイズΔＶの影響によるイオンビームＩＢのビーム径の劣化（ビーム径が太くなる）量Δｄｈｉｇｈは、おおよそ
Δｄｈｉｇｈ＝ｆｈｉｇｈ・ΔＶ／√２                                              （２−７）
である。
【００３１】
感度ｆはｆｌｏｗ＞ｆｈｉｇｈの関係にあるから、スイッチＳＷを状態「ｈｉｇｈ」から状態「ｌｏｗ」に切換えることによって、電圧ノイズΔＶの影響によるイオンビームＩＢのビーム径の劣化（ビーム径が太くなる）量は、
Δｄｌｏｗ＞  Δｄｈｉｇｈ                                                                  （２−８）
となり、感度ｆに比例して軽減することができる。
【００３２】
【特許文献１】
特開２００２−１１７７９６号公報
【００３３】
【発明が解決しようとする課題】
このようにして、先願（特願２０００−３１００２６、特開２００２−１１７７９６）の装置は所期の目的を達することができたが、下記の問題があることが分かってきた。
【００３４】
すなわち、まず第１に、走査の倍率値によって偏向器の感度を切り替えると、光学軸調整がずれてしまうという問題がある。第２に、上記問題とは別に、設計の誤差等により、走査の中心の位置や設定されたイメージシフト量や光軸調整量が正確に切り換えの前後で正確に再現されるとは限らない。第３に、走査の倍率が閾値Ｍｔより低い倍率から閾値Ｍｔより高い倍率に変更したときには、閾値Ｍｔを境にして、偏向器の感度ｆは高い感度から低い感度に切り替えられるが、その結果、シフトのための印加電圧Ｖｓｈｉｆｔや光学軸調整のための印加電圧Ｖａｌｉｇｎが比較的大きな場合には感度不足に陥り、所定のシフトあるい光学軸調整ができなくなることがある。
【００３５】
本発明は、かかる状況に対処すべくなされたものであって、より性能を向上させた荷電粒子ビーム照射系およびＦＩＢ照射系を提供することを目的としている。
【００３６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明の荷電粒子ビーム装置は、
荷電粒子ビームを発生し取り出す荷電粒子源と、発生し取り出した荷電粒子ビームにエネルギーを与える加速手段と、加速された荷電粒子ビームを集束して試料上に照射するレンズと、荷電粒子ビームを前記試料上で走査するための機能と軸合わせのための機能とを兼ね備えた静電偏向器とを備える荷電粒子ビーム装置において、
（１）前記静電偏向器は、荷電粒子ビームの軸に沿って上段と下段の２段の静電偏向器からなり、これら上段静電偏向器と下段静電偏向器とはそれぞれ荷電粒子ビームの軸に沿って、更に複数段に分割され、
（２）前記上段静電偏向器のうちの少なくとも１段と前記下段静電偏向器のうちの少なくとも１段とを選択する選択手段と、
（３）前記選択のための基準値と選択された上段静電偏向器に関する第１の係数と第２の係数と選択された下段静電偏向器に関する第３と第４の係数を記憶する記憶手段と、
（４）前記選択基準値と前記第１と第２の係数と前記第３と第４の係数とを用いて、選択された各静電偏向器に印加する電圧値を算出する演算手段と、
（５）前記算出された電圧値に基づいて各静電偏向器に印加する電圧を発生する電源手段とを備えたことを特徴とする。
【００３７】
更に、前記選択のための基準値は、荷電粒子ビームを前記試料上で走査する際の走査倍率あるいは走査幅が所定の値であって、前記選択された上段静電偏向器の第１の係数と選択された下段静電偏向器の第３の係数は、前記荷電粒子ビームを前記試料上で走査する際の走査幅の値を決定する走査のための偏向量と印加電圧との関係を示す係数値であり、前記選択された上段静電偏向器の第２の係数と選択された下段静電偏向器の第４の係数は、前記荷電粒子ビームが静電偏向器に傾いて入射する入射角度を修正するための偏向量を決定する軸合わせのための偏向量と印加電圧との関係を示す係数値であることを特徴とする。
【００３８】
また、前記記憶手段は、（ａ）荷電粒子ビームを前記試料上で走査する際の走査の位置と（ｂ）荷電粒子ビームが静電偏向器に傾いて入射する入射角度を修正するための偏向量と（ｃ）走査する範囲の中心位置を試料上で所望の距離だけ移動する移動量の内の少なくとも１つに関して、前記選択に伴う動作の前後でのずれ量を予め記憶し、前記演算手段は、前記記憶手段の前記ずれ量を参照し、補正するようにすることを特徴とする。
【００３９】
更にまた、前記記憶手段は、静電偏向器への印加可能な最大印加電圧値を記憶し、上記荷電粒子ビーム装置は、前記算出された電圧値がこれを超えた場合には、前記静電偏向器の選択を変更するよう判断する判断手段を備えたことを特徴とする。
【００４０】
また、本発明の装置は、荷電粒子ビームの軸に沿って上段の偏向器と下段の静電偏向器の２段からなる静電型偏向器であって、
（１）上段静電偏向器と下段静電偏向器とはそれぞれ荷電粒子ビームの軸に沿って、更に複数段に分割され、
（２）前記上段静電偏向器のうちの少なくとも１段と前記下段静電偏向器のうちの少なくとも１段とを選択する選択手段と、
（３）静電偏向器への印加可能な最大印加電圧値と選択された上段静電偏向器に関する第１の係数と第２の係数と選択された下段静電偏向器に関する第３と第４の係数を記憶する記憶手段と、
（４）前記第１と第２の係数と前記第３と第４の係数とを用いて選択された各静電偏向器に印加する電圧値を算出する演算手段と、
（５）前記算出された電圧値と前記印加可能な最大印加電圧値とを比較し前記算出された電圧値が前記印加可能な最大印加電圧値を超えずかつ最も近くなるように前記選択手段を制御する制御手段と、
（６）その結果に基づいて算出された電圧を発生し各静電偏向器に印加する電源手段と、を備えたことを特徴とする。
【００４１】
前記選択された上段静電偏向器の第１の係数と選択された下段静電偏向器の第３の係数は、静電型偏向器に入射する荷電粒子ビームの光軸に垂直な面内での位置に対して静電型偏向器を出射する前記荷電粒子ビームの光軸に垂直な面内での位置を所望の距離だけ移動するための偏向量と印加電圧との関係を示す係数値であり、前記選択された上段静電偏向器の第２の係数と選択された下段静電偏向器の第４の係数は、静電型偏向器に入射する荷電粒子ビームに対して静電型偏向器を出射する前記荷電粒子ビームの傾きを所望の傾きだけ傾けるための偏向量と印加電圧との関係を示す係数値であることを特徴とする。
【００４２】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）本発明の第１の実施の形態を図を用いて説明する。図８は本発明に係る２段偏向方式の偏向器の一例を説明する図である。
【００４３】
先に図５を用いて説明した如く、５図において「ｔｉｌｔ」と記した軌道は、上段偏向器１０Ｕにおいてある量の偏向を受けた後、下段偏向器１０Ｌで逆方向にほぼ２倍の偏向を受けて振り戻される。一方、「ａｌｉｇｎ」と記した軌道は、上段偏向器１０Ｕである量の偏向を受けた後、下段偏向器１０Ｌで逆方向にほぼ１／２程度の偏向を受けて振り戻される。このように、「ｔｉｌｔ」軌道と「ａｌｉｇｎ」軌道とでは、上段偏向器と下段偏向器に印加する偏向電圧の比率は変えなければならないことが分かる。なお、走査のための偏向は「ｔｉｌｔ」のための偏向と同じように考えてよい。
【００４４】
ところで、荷電粒子ビーム装置の光学軸の調整は、一般には、光学系の加工や組み立ての精度などのずれを調節するものであるから、走査倍率に依存しないはずのものである。従って、走査倍率に依存して偏向器１０の感度を切り換える際には、「ａｌｉｇｎ」軌道すなわち光学軸調整のための偏向量は、前記切り替えが行われた後においても、正確に再現されることが必要である。
【００４５】
更に、偏向器１０の感度を低い方に切り換えた場合には、感度不足のために、切り替え前の光学軸調整のための偏向量が切り替え後に再現できないとか、異常に高い電圧を印加する必要が生じる場合も装置の調整の具合によってはある得る。また、イメージシフトについては、シフトの量をシフトの絶対量で働かせるようにしている装置の場合は、切り替えの前後で、シフトの量を再現される必要がある。逆に、シフトの量をシフトの絶対量ではなく走査倍率に対する比率で働かせるようにしている装置の場合は、切り替えの前後で、シフトの量を再現される必要はない。
【００４６】
以上のことから、本発明は、
（１）事前に、（ａ）偏向器１０の感度切り換えの閾値と、各状態での、（ｂ）走査のために上段偏向器１０Ｕに印加する電圧値を求める際の係数と、（ｃ）同じく走査のために下段偏向器１０Ｌに印加する電圧値を求める際の係数と、（ｄ）光学軸調整のために上段偏向器１０Ｕに印加する電圧値を求める際の係数と、（ｅ）同じく光学軸調整のために下段偏向器１０Ｌに印加する電圧値を求める際の係数とを第１のメモリに記憶しておき、
（２）光学軸調整のための偏向量を第２のメモリに記憶しておき、
（３）偏向器１０の感度を切り換える際には、第２のメモリに記憶されている光学軸調整のための偏向量を参照し、
（４）かつ、（ａ）前記切り換えに対応した状態での、（ｂ）走査のために上段偏向器１０Ｕに印加する電圧値を求める際の係数と、（ｃ）同じく走査のために下段偏向器１０Ｌに印加する電圧値を求める際の係数と、（ｄ）光学軸調整のために上段偏向器１０Ｕに印加する電圧値を求める際の係数と、（ｅ）同じく光学軸調整のために下段偏向器１０Ｌに印加する電圧値を求める際の係数と、を用いて印加電圧を決定するようにしている。
【００４７】
更に、イメージシフトの量をシフトの絶対量で働かせるようにしている装置の場合は、
（５）上記（２）において、シフトの偏向量を第２のメモリに記憶しておき、
（６）上記（３）において、シフトの偏向量を参照し、
（７）上記（４）において、（ａ）前記切り換えに対応した状態での、（ｂ）走査のために上段偏向器１０Ｕに印加する電圧値を求める際の係数と、（ｃ）同じく走査のために下段偏向器１０Ｌに印加する電圧値を求める際の係数と、を用いて印加電圧を決定し、加算するようにしている。
【００４８】
更にまた、
（８）上記（１）において、偏向器の最大印加電圧を第１のメモリに記憶しておき、
（９）上記（３）において、最大印加電圧を参照して、印加電圧がこれを超えないようにしている。
【００４９】
図８は、本発明を、振り戻し方式の２段偏向方式の偏向器に応用した場合の構成と動作を説明する図である。偏向器１０は上段偏向器１０Ｕと下段偏向器１０Ｌから成り、更に、上段偏向器１０Ｕと下段偏向器１０Ｌはそれぞれ２つの偏向器に分割されている。即ち、１０Ｕ１は上段偏向器１０Ｕの分割された上流側の偏向器、１０Ｕ２は上段偏向器１０Ｕの分割された下流側の偏向器、１０Ｌ１は下段偏向器１０Ｌの分割された上流側の偏向器、１０Ｌ２は下段偏向器１０Ｌの分割された下流側の偏向器である。１１Ｕは上段偏向器に偏向電圧を印加するための上段偏向電源、１１Ｌは下段偏向器に偏向電圧を印加するための下段偏向電源、１２は制御コンピュータ、１３はスイッチコントローラ、ＳＷＵおよびＳＷＬはスイッチである。スイッチＳＷＵおよびＳＷＬは、スイッチコントローラ１３を介して、状態「ｌｏｗ」と状態「ｈｉｇｈ」とに切換えられるように制御コンピュータ１２によって制御される。
【００５０】
２０は、切換えを行う際の走査の倍率の閾値Ｍｔと、各状態での偏向器１０の感度、すなわち、走査のために上段偏向器１０Ｕに印加する電圧値を求めるための係数と、同じく走査のために下段偏向器１１Ｌに印加する電圧値を求めるための係数と、光学軸調整のために上段偏向器１０Ｕに印加する電圧値を求めるための係数と、同じく光学軸調整のために下段偏向器１１Ｌに印加する電圧値を求めるための係数と、偏向器への印加可能な最大印加電圧Ｖｍａｘを記憶しているメモリである。３０は、光学軸調整のための偏向量Ｔおよびシフトの絶対量Ｓを記憶しているメモリである。このうち、メモリ２０に記憶されている内容は、装置の設計によって決まり、メモリ３０に記憶されている内容のうちの偏向量Ｔは装置の光軸調整の結果決まり、シフトの絶対量Ｓはオペレータによって任意に決められる。
【００５１】
状態「ｌｏｗ」は、原則としては、Ｍ≦Ｍｔの場合であって、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０Ｕ２とが共に上段偏向電源１１Ｕと接続され、かつ偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とが共に下段偏向電源１１Ｌと接続されている状態である。この「ｌｏｗ」の状態において、上段偏向器１０Ｕに印加する単位印加電圧当たりの試料上でのビームの変位、すなわち、「ｔｉｌｔ」軌道における上段偏向器の感度ｆは、ｆｌｏｗ，ｔｉｌｔである。同様に、上段偏向器１０Ｕに印加する単位印加電圧当たりの偏向器へのビーム入射角に対する出射角の変化、すなわち、「ａｌｉｇｎ」軌道における上段偏向器の感度ｆは、ｆｌｏｗ，ａｌｉｇｎである。更に、「ｌｏｗ」の状態において、上段偏向器および下段偏向器の印加電圧の変動電圧当たりのビーム径の劣化に対する感度ｆは、それぞれｆ（Ｕ）ｌｏｗ，ｂｌｕｒ、ｆ（Ｌ）ｌｏｗ，ｂｌｕｒである。
【００５２】
一方、状態「ｈｉｇｈ」は、原則としては、Ｍ＞Ｍｔの場合であって、偏向器１０Ｕ２は上段偏向電源１１Ｕと接続されているが、偏向器１０Ｕ１は上段偏向電源１１Ｕから切離されアースに落とされ、かつ偏向器１０Ｌ２は下段偏向電源１１Ｌと接続されているが、偏向器１０Ｌ１は下段偏向電源１１Ｌから切離されアースに落とされている状態である。この「ｈｉｇｈ」の状態において、上段偏向器１０Ｕ（すなわち１０Ｕ２）に印加する単位印加電圧当たりの試料上でのビームの変位、すなわち、「ｔｉｌｔ」軌道における上段偏向器の感度ｆは、ｆｈｉｇｈ，ｔｉｌｔである。同様に、上段偏向器１０Ｕ（すなわち１０Ｕ２）に印加する単位印加電圧当たりの偏向器へのビーム入射角に対する出射角の変化、すなわち、「ａｌｉｇｎ」軌道における上段偏向器の感度ｆは、ｆｈｉｇｈ，ａｌｉｇｎである。更に、「ｈｉｇｈ」の状態において、上段偏向器および下段偏向器の印加電圧の変動電圧当たりのビーム径の劣化に対する感度ｆは、それぞれｆ（Ｕ）ｈｉｇｈ，ｂｌｕｒ、ｆ（Ｌ）ｈｉｇｈ，ｂｌｕｒである。
【００５３】
ここで、
ｆｌｏｗ，ｔｉｌｔ＞ｆｈｉｇｈ，ｔｉｌｔ、ｆｌｏｗ，ａｌｉｇｎ＞ｆｈｉｇｈ，ａｌｉｇｎ、
ｆ（Ｕ）ｌｏｗ，ｂｌｕｒ＞ｆ（Ｕ）ｈｉｇｈ，ｂｌｕｒ、ｆ（Ｌ）ｌｏｗ，ｂｌｕｒ＞ｆ（Ｌ）ｈｉｇｈ，ｂｌｕｒ（３−１）
の関係にある。
【００５４】
このような構成の動作について説明する。ここで、説明の都合で、メモリ２０および３０には先に説明した値が記憶されているものとする。図８において、制御コンピュータ１２は、メモリ２０を参照して、メモリ２０に記憶されている切換えを行う際の走査の倍率の閾値Ｍｔと走査の倍率値Ｍとを比較し、倍率値Ｍが閾値Ｍｔ以下であれば、上段偏向器１０Ｕに印加すべき走査のための印加電圧Ｖｓｃａｎｕは、感度ｆを考慮して、
Ｖｓｃａｎｕ＝Ｄ／（ｆｌｏｗ，ｔｉｌｔ・Ｍ）                                （３−２）
である。
【００５５】
実は、先願においては、最終的な結論には影響がないので、「ｔｉｌｔ」軌道の感度と「ａｌｉｇｎ」軌道の感度とビーム径の劣化の感度を区別せずに、また、上記上段偏向器の感度を偏向器全体の感度の如くに見なして記述したが、本願においては、シフトのための印加電圧と光学軸調整のための印加電圧とを考慮する記述とするため、説明の都合で先願とは異なる記載としている。
【００５６】
更に、メモリ３０を参照して、上段偏向器１０Ｕに印加すべきシフトのための印加電圧Ｖｓｈｉｆｔｕと光学軸調整のための印加電圧Ｖａｌｉｇｎｕを上式（３−２）に加算する。すなわち、
Ｖｕｐｐｅｒ＝Ｖｓｃａｎｕ  ＋  Ｖｓｈｉｆｔｕ  ＋  Ｖａｌｉｇｎｕ                （３−３）
である。ここで、
Ｖｓｈｉｆｔｕ＝Ｓ／ｆｌｏｗ，ｔｉｌｔ                            （３−４）
Ｖａｌｉｇｎｕ＝Ｔ／ｆｌｏｗ，ａｌｉｇｎ                          （３−５）
である。
【００５７】
同様に、下段偏向器１１Ｌに印加すべき走査のための印加電圧Ｖｓｃａｎｌは、感度ｆを考慮して、
Ｖｓｃａｎｌ＝Ｄ・Ｒｔｉｌｔ（ｌｏｗ）／（ｆｌｏｗ，ｔｉｌｔ・Ｍ）                      （３−６）
である。ここでＲｔｉｌｔ（ｌｏｗ）は、２段偏向方式の「ｔｉｌｔ」軌道において、状態「ｌｏｗ」のとき上段偏向器で偏向されたビームが下段偏向器で正確に「振り戻される」ために、下段偏向器１０Ｌに印加すべき電圧を算出するための係数であって、上段偏向器に印加される電圧と下段偏向器に印加される電圧との比で表される。
【００５８】
更に、メモリ３０を参照して、下段偏向器１１Ｌに印加すべきシフトのための印加電圧Ｖｓｈｉｆｔｌと光学軸調整のための印加電圧Ｖａｌｉｇｎｌを上式（３−３）に加算する。すなわち、
Ｖｌｏｗｅｒ＝Ｖｓｃａｎｌ  ＋  Ｖｓｈｉｆｔｌ  ＋  Ｖａｌｉｇｎｌ              （３−７）
である。ここで、
Ｖｓｈｉｆｔｌ＝Ｓ・Ｒｔｉｌｔ（ｌｏｗ）／ｆｌｏｗ，ｔｉｌｔ                  （３−８）
Ｖａｌｉｇｎｌ＝Ｔ・Ｒａｌｉｇｎ（ｌｏｗ）／ｆｌｏｗ，ａｌｉｇｎ              （３−９）
である。ここで、Ｒａｌｉｇｎ（ｌｏｗ）は、２段偏向方式の「ａｌｉｇｎ」軌道において、状態「ｌｏｗ」のとき上段偏向器で偏向されたビームが下段偏向器で正確に「振り戻される」ために、下段偏向器１０Ｌに印加すべき電圧を算出するための係数であって、上段偏向器に印加される電圧と下段偏向器に印加される電圧との比で表される。
【００５９】
この結果に基づいて、制御コンピュータ１２は、スイッチコントローラ１３を介して、スイッチＳＷＵおよびＳＷＬとを共に「ｌｏｗ」側に倒して、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０Ｕ２とを接続し、かつ偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とを接続する。更に、制御コンピュータ１２は、前記電圧値Ｖｕｐｐｅｒを上段偏向電源１１Ｕに、前記電圧値Ｖｌｏｗｅｒを下段偏向電源１１Ｌとに伝える。この情報を基に上段偏向電源１１Ｕは、前記偏向電圧を発生して、偏向器１０Ｕ１の各偏向子と偏向器１０Ｕ２の各偏向子とに印加する。同様に、下段偏向電源１１Ｌは、前記偏向電圧を発生して、偏向器１０Ｌ１の各偏向子と偏向器１０Ｌ２の各偏向子とに印加する。
【００６０】
この状態は、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０Ｕ２とがひとつの上段偏向器１０Ｕとして動作し、かつ偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とがひとつの下段偏向器１０Ｌとして動作することを表している。このようにして印加された電圧に従って、イオンビームＩＢは偏向を受け、試料Ｗ上で所定の位置に照射される。
【００６１】
このときの電圧ノイズΔＶの影響によるイオンビームＩＢのビーム径の劣化（ビーム径が太くなる）量Δｄｌｏｗは、上段の偏向器の感度ｆ（Ｕ）ｌｏｗ，ｂｌｕｒと上段の偏向器に印加される電圧ノイズΔＶ（Ｕ）とから求めたビーム径の劣化Δｄ（Ｕ）ｌｏｗと、下段の偏向器の感度ｆ（Ｌ）ｌｏｗ，ｂｌｕｒと下段の偏向器に印加される電圧ノイズΔＶ（Ｌ）とから求めたビーム径の劣化Δｄ（Ｌ）ｌｏｗとの合成である。電圧ノイズはランダムであり、更に、上下段共に電圧ノイズは等しくΔＶ程度であるとすれば、
Δｄｌｏｗ  ＝  （Δｄ（Ｕ）ｌｏｗ２＋Δｄ（Ｌ）ｌｏｗ２）１／２                        （３−１０）
ここで、
Δｄ（Ｕ）ｌｏｗ＝ｆ（Ｕ）ｌｏｗ，ｂｌｕｒ・ΔＶ／√２                （３−１１）
Δｄ（Ｌ）ｌｏｗ＝ｆ（Ｌ）ｌｏｗ，ｂｌｕｒ・ΔＶ／√２                （３−１２）
である。
【００６２】
次に、走査の倍率Ｍが閾値Ｍｔを超える場合の動作について説明する。制御コンピュータ１２は、メモリ２０を参照して、メモリ２０に記憶されている切換えを行う際の走査の倍率の閾値Ｍｔと走査の倍率値Ｍとを比較し、倍率値Ｍが閾値Ｍｔを超えていれば、上段偏向器１０Ｕに印加すべき走査のための印加電圧Ｖｓｃａｎｕは、感度ｆを考慮して、
Ｖｓｃａｎｕ＝Ｄ／（ｆｈｉｇｈ，ｔｉｌｔ・Ｍ）                          （３−１３）
である。
【００６３】
実は、先願においては、最終的な結論には影響がないので、「ｔｉｌｔ」軌道の感度と「ａｌｉｇｎ」軌道の感度とビーム径の劣化の感度を区別せずに、また、上記上段偏向器の感度を偏向器全体の感度の如くに見なして記述したが、本願においては、シフトのための印加電圧と光学軸調整のための印加電圧とを考慮する記述とするため、説明の都合で先願とは異なる記載としている。
【００６４】
更に、メモリ３０を参照して、上段偏向器１０Ｕに印加すべきシフトのための印加電圧Ｖｓｈｉｆｔｕと光学軸調整のための印加電圧Ｖａｌｉｇｎｕを上式（３−１３）に加算する。すなわち、
Ｖｕｐｐｅｒ＝Ｖｓｃａｎｕ  ＋  Ｖｓｈｉｆｔｕ  ＋  Ｖａｌｉｇｎｕ              （３−１４）
である。ここで、
Ｖｓｈｉｆｔｕ＝Ｓ／ｆｈｉｇｈ，ｔｉｌｔ                                  （３−１５）
Ｖａｌｉｇｎｕ＝Ｔ／ｆｈｉｇｈ，ａｌｉｇｎ                                （３−１６）
である。
【００６５】
同様に、下段偏向器１１Ｌに印加すべき走査のための印加電圧Ｖｓｃａｎｌは、感度ｆを考慮して、
Ｖｓｃａｎｌ＝Ｄ・Ｒｔｉｌｔ（ｈｉｇｈ）／（ｆｈｉｇｈ，ｔｉｌｔ・Ｍ）              （３−１７）
である。ここでＲｔｉｌｔ（ｈｉｇｈ）は、２段偏向方式の「ｔｉｌｔ」軌道において、状態「ｈｉｇｈ」のとき上段偏向器で偏向されたビームが下段偏向器で正確に「振り戻される」ために、下段偏向器１０Ｌに印加すべき電圧を算出するための係数であって、上段偏向器に印加される電圧と下段偏向器に印加される電圧との比で表される。
【００６６】
更に、メモリ３０を参照して、下段偏向器１１Ｌに印加すべきシフトのための印加電圧Ｖｓｈｉｆｔｌと光学軸調整のための印加電圧Ｖａｌｉｇｎｌを上式（３−１７）に加算する。すなわち、
Ｖｌｏｗｅｒ＝Ｖｓｃａｎｌ  ＋  Ｖｓｈｉｆｔｌ  ＋  Ｖａｌｉｇｎｌ            （３−１８）
である。ここで、
Ｖｓｈｉｆｔｌ＝Ｓ・Ｒｔｉｌｔ（ｈｉｇｈ）／ｆｈｉｇｈ，ｔｉｌｔ                （３−１９）
Ｖａｌｉｇｎｌ＝Ｔ・Ｒａｌｉｇｎ（ｈｉｇｈ）／ｆｈｉｇｈ，ａｌｉｇｎ            （３−２０）
である。ここで、Ｒａｌｉｇｎ（ｈｉｇｈ）は、２段偏向方式の「ａｌｉｇｎ」軌道において、状態「ｈｉｇｈ」のとき上段偏向器で偏向されたビームが下段偏向器で正確に「振り戻される」ために、下段偏向器１０Ｌに印加すべき電圧を算出するための係数であって、上段偏向器に印加される電圧と下段偏向器に印加される電圧との比で表される。
【００６７】
更に続いて、メモリ２０を参照して、偏向器への印加可能な最大印加電圧Ｖｍａｘと上記印加電圧Ｖｕｐｐｅｒ、Ｖｌｏｗｅｒとを比較し、印加電圧Ｖｕｐｐｅｒ、Ｖｌｏｗｅｒが共に最大印加電圧Ｖｍａｘ以下であれば、次に移る。
【００６８】
すなわち、上記の結果に基づいて、制御コンピュータ１１は、スイッチコントローラ１３を介して、スイッチＳＷＵおよびＳＷＬとを共に「ｈｉｇｈ」側に倒して、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０Ｕ２とを切り離し、偏向器１０Ｕ１の各偏向子をアースに落とし、かつ偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とを切り離し、偏向器１０Ｌ１の各偏向子をアースに落とす。更に、制御コンピュータ１２は、前記電圧値Ｖｕｐｐｅｒを上段偏向電源１１Ｕに、前記電圧値Ｖｌｏｗｅｒを下段偏向電源１１Ｌとに伝える。この情報を基に上段偏向電源１１Ｕは、前記偏向電圧を発生して、偏向器１０Ｕ２の各偏向子とに印加する。同様に、下段偏向電源１１Ｌは、前記偏向電圧を発生して、偏向器１０Ｌ２の各偏向子とに印加する。
【００６９】
この状態は、偏向器１０Ｕ１あるいは偏向器１０Ｌ１はアース電位の単なる円筒（この円筒はアース電位であるのでイオンビームＩＢに影響を与えない）であり、その下流側の偏向器１０Ｕ２あるいは偏向器１０Ｌ２がそれぞれひとつの偏向器として動作することを表している。このようにして印加された電圧に従って、イオンビームＩＢは偏向を受け、試料Ｗ上で所定の位置に照射される。
【００７０】
このときの電圧ノイズΔＶの影響によるイオンビームＩＢのビーム径の劣化（ビーム径が太くなる）量Δｄｈｉｇｈは、上段の偏向器の感度ｆ（Ｕ）ｈｉｇｈ，ｂｌｕｒと上段の偏向器に印加される電圧ノイズΔＶ（Ｕ）とから求めたビーム径の劣化Δｄ（Ｕ）ｈｉｇｈと、下段の偏向器の感度ｆ（Ｌ）ｈｉｇｈ，ｂｌｕｒと下段の偏向器に印加される電圧ノイズΔＶ（Ｌ）とから求めたビーム径の劣化Δｄ（Ｌ）ｈｉｇｈとの合成である。電圧ノイズはランダムであり、更に、上下段共に電圧ノイズは等しくΔＶ程度であるとすれば、
Δｄｈｉｇｈ  ＝  （Δｄ（Ｕ）ｈｉｇｈ２＋Δｄ（Ｌ）ｈｉｇｈ２）１／２                （３−２１）
ここで、
Δｄ（Ｕ）ｈｉｇｈ＝ｆ（Ｕ）ｈｉｇｈ，ｂｌｕｒ・ΔＶ／√２                （３−２２）
Δｄ（Ｌ）ｈｉｇｈ＝ｆ（Ｌ）ｈｉｇｈ，ｂｌｕｒ・ΔＶ／√２                  （３−２３）
である。
【００７１】
ビーム径の劣化の感度ｆは、ｆ（Ｕ）ｌｏｗ，ｂｌｕｒ＞ｆ（Ｕ）ｈｉｇｈ，ｂｌｕｒ、ｆ（Ｌ）ｌｏｗ，ｂｌｕｒ＞ｆ（Ｌ）ｈｉｇｈ，ｂｌｕｒの関係にあるから、スイッチＳＷを状態「ｈｉｇｈ」から状態「ｌｏｗ」に切換えることによって、電圧ノイズΔＶの影響によるイオンビームＩＢのビーム径の劣化（ビーム径が太くなる）量は、
Δｄｌｏｗ＞  Δｄｈｉｇｈ                                                            （３−２４）
となり、感度ｆにおおよそ比例して軽減することができる。
【００７２】
更にまた、前記の如き感度の切り換えに際しては、設計の誤差等により、走査の中心の位置や設定されたイメージシフト量や光軸調整量が正確に切り換え前の状態に再現されるとは限らない。そこで、感度の切り換えに際しての誤差を事前に測定しておき、これをメモリ２０に記憶しておき、切り換えに際しては、メモリ２０中のこの値を参照して、補正するようにするとよい。
【００７３】
続いて、制御コンピュータ１１がメモリ２０を参照して偏向器への印加可能な最大印加電圧Ｖｍａｘと上記印加電圧Ｖｕｐｐｅｒ、Ｖｌｏｗｅｒとを比較した結果、印加電圧Ｖｕｐｐｅｒ、Ｖｌｏｗｅｒのうちの何れかが最大印加電圧Ｖｍａｘを超えている場合について述べる。
【００７４】
このような場合には、制御コンピュータ１１は、走査の倍率値Ｍが閾値Ｍｔを超えていても、走査の倍率値Ｍが閾値Ｍｔ以下であると見なして、印加電圧Ｖｕｐｐｅｒ、Ｖｌｏｗｅｒを算出し、その結果に基づいてスイッチコントローラ１３、上段偏向電源１１Ｕ、下段偏向電源１１Ｌを制御する。ただし、この場合には、電圧ノイズΔＶの影響によるイオンビームＩＢのビーム径の劣化を軽減することはできなくなってしまうが、印加可能な電圧を超えてしまうという不都合な事態は回避できる。
【００７５】
以上は、切り換えを２段に行う例であるが、先願（特願２０００−３１００２６、特開２００２−１１７７９６）の実施の形態４のように３段以上の多段に切り換える場合にも、上記の考え方が応用できることはいうまでもない。
【００７６】
ところで、上記の最大印加電圧Ｖｍａｘと印加電圧Ｖｕｐｐｅｒ、Ｖｌｏｗｅｒの記載は、走査の倍率の変更に伴って、感度を大幅に、例えば１／１０〜１／１００に変更した場合にも対応できることを想定したものである。しかし、本発明を実際の装置に適用してみると、感度を１／２〜１／３にしただけでも、ビーム径の劣化分が１／２〜１／３になるのであるから、実用的には十分な効果があることが分かる。別の言い方をすれば、ビーム径の劣化が問題になるような高倍においてのみ、感度を１／２〜１／３にするだけでも相当な効果が得られるということである。
【００７７】
このようなときには、走査の幅は十分に小さいから、走査のための印加電圧も十分に小さい。一方、最低倍における走査幅に比べて、シフトの量を数分の１以下に小さくなるよう制限した設計とすると共に、同じく最低倍における走査幅に比べて、光学軸調整の量も適当に小さくなるような組み立て精度を持たせれば、感度を１／２〜１／３に下げても、高倍においては、三者の合計電圧値を最大印加電圧Ｖｍａｘ内に納めることができることが分かる。すなわち、低倍時には、合計電圧値の大部分が走査のための印加電圧であるが、走査のための印加電圧が無視できるような高倍になれば、感度を１／２〜１／３に下げても、シフトと光学軸調整のための印加電圧が最大印加電圧Ｖｍａｘを超えないようにできるわけである。
【００７８】
このような設定にすれば、上記の偏向器への印加可能な最大印加電圧Ｖｍａｘの設定や、最大印加電圧Ｖｍａｘと上記印加電圧Ｖｕｐｐｅｒ、Ｖｌｏｗｅｒとの比較や、その結果に基づく制御は必要なくなる。
【００７９】
（実施の形態２）ところで上記の実施の形態１の偏向器は、（ａ）走査幅と（ｂ）走査位置のシフトと（ｃ）軸の傾きに対する調整の３つの機能を兼ねさせている。このような偏向器から（ａ）の走査の機能を除いた偏向器は、荷電粒子ビームの軸調整装置（ビームアライナ）としても荷電粒子ビーム装置のいろいろな部分に応用できる。ただし、上記（ｂ）については、実施の形態１とは若干異なる機能を要する。
【００８０】
すなわち、図１１に示すように、光軸と平行であるが光軸からＬだけ離れて偏向器１０に入射したビームを上段偏向器１０Ｕで光軸方向にある偏向量で偏向し、次いで下段偏向器１０Ｌで先の偏向量と同じ偏向量で逆方向に振り戻して、ビームを光軸に平行かつ光軸上に持ってくる機能である。このような軌道を「ｓｈｉｆｔ」軌道と呼ぶことにする。これによって、荷電粒子ビームの軸に平行なビームの移動が可能である。なお、ビームの傾きについては前記（ｃ）の軸調整の機能を用いればよい。このような２つの機能を有する偏向器は軸調整装置（ビームアライナ）として利用できるが、この場合にも、偏向器に適当な電圧を印加して軸の調整が行われるわけだから、偏向器の感度に依存して電圧ノイズΔＶによってビームの劣化が起こる。ただし、この劣化に影響を与える度合いは、軸調整装置（ビームアライナ）を荷電粒子ビーム装置のどの部分に挿入するかによって大きく異なる。
【００８１】
例えば、図１の装置において、加速電極４とコンデンサレンズ５との組み立てずれを調整するために、この間に軸調整装置（ビームアライナ）を挿入した場合には、ビームの劣化の度合いは、図１の光学系が縮小系であるので劣化の影響も縮小されるため、ほとんど問題にならない。一方、絞り６と対物レンズ７との間に、例えば収差補正装置を挿入した場合に、絞り６と収差補正装置との間の組み立てずれを調整するために、絞り６と収差補正装置との間に軸調整装置（ビームアライナ）を挿入した場合には、従来の技術として記載したと同様に大きく影響される。
【００８２】
図１０は、本発明を、振り戻し方式の２段偏向方式の偏向器を軸調整装置（ビームアライナ）として応用した場合の構成と動作を説明する図である。ＩＢはイオンビーム、５はコンデンサレンズ、６は絞りである。これらコンデンサレンズ５および絞り６は、図示しないが機械的に光軸に垂直な面内でそれぞれ独立に移動できるようになっている。更に、Ｃは例えば収差補正装置である。偏向器１０は上段偏向器１０Ｕと下段偏向器１０Ｌから成り、更に、上段偏向器１０Ｕと下段偏向器１０Ｌはそれぞれ２つの偏向器に分割されている。即ち、１０Ｕ１は上段偏向器１０Ｕの分割された上流側の偏向器、１０Ｕ２は上段偏向器１０Ｕの分割された下流側の偏向器、１０Ｌ１は下段偏向器１０Ｌの分割された上流側の偏向器、１０Ｌ２は下段偏向器１０Ｌの分割された下流側の偏向器である。１１Ｕは上段偏向器に偏向電圧を印加するための上段偏向電源、１１Ｌは下段偏向器に偏向電圧を印加するための下段偏向電源、１２は制御コンピュータ、１３はスイッチコントローラ、ＳＷＵおよびＳＷＬはスイッチである。スイッチＳＷＵおよびＳＷＬは、スイッチコントローラ１３を介して、状態「ｗｉｄｅ」（実施の形態１の状態「ｌｏｗ」に相当）と状態「ｎａｒｒｏｗ」（実施の形態１の状態「ｈｉｇｈ」に相当）とに切換えられるように制御コンピュータ１２によって制御される。
【００８３】
２０は、各状態での偏向器１０の感度と、図１１に示したビームの平行移動のために上段偏向器１０Ｕに印加する電圧値を求めるための係数と、同じくビームの平行移動のために下段偏向器１１Ｌに印加する電圧値を求めるための係数と、ビームの傾き補正のために上段偏向器１０Ｕに印加する電圧値を求めるための係数と、同じくビームの傾き補正のために下段偏向器１１Ｌに印加する電圧値を求めるための係数と、偏向器への印加可能な最大印加電圧Ｖｍａｘを記憶しているメモリである。３０は、図１１に示した光軸からの距離Ｌの補正量Ｓとビームの傾きθの補正量Ｔを記憶しているメモリである。このうち、メモリ２０に記憶されている内容は、装置の設計によって決まり、メモリ３０に記憶されている内容は、装置の光軸調整の結果決まる量である。
【００８４】
状態「ｗｉｄｅ」は、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０Ｕ２とが共に上段偏向電源１１Ｕと接続され、かつ偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とが共に下段偏向電源１１Ｌと接続されている状態である。この「ｗｉｄｅ」の状態において、上段偏向器１０Ｕに印加する単位印加電圧当たりの光軸に垂直な面内でのビームの変位、すなわち、「ｓｈｉｆｔ」軌道における上段偏向器の感度ｆは、ｆｗｉｄｅ，ｓｈｉｆｔである。同様に、上段偏向器１０Ｕに印加する単位印加電圧当たりの偏向器へのビーム入射角の変化、すなわち、「ａｌｉｇｎ」軌道における上段偏向器の感度ｆは、ｆｗｉｄｅ，ａｌｉｇｎである。更に、「ｗｉｄｅ」の状態において、上段偏向器および下段偏向器の印加電圧の変動電圧当たりのビーム径の劣化に対する感度ｆは、それぞれｆ（Ｕ）ｗｉｄｅ，ｂｌｕｒ、ｆ（Ｌ）ｗｉｄｅ，ｂｌｕｒである。
【００８５】
一方、状態「ｎａｒｒｏｗ」は、偏向器１０Ｕ２は上段偏向電源１１Ｕと接続されているが、偏向器１０Ｕ１は上段偏向電源１１Ｕから切離されアースに落とされ、かつ偏向器１０Ｌ２は下段偏向電源１１Ｌと接続されているが、偏向器１０Ｌ１は下段偏向電源１１Ｌから切離されアースに落とされている状態である。この「ｎａｒｒｏｗ」の状態において、上段偏向器１０Ｕに印加する単位印加電圧当たりの光軸に垂直な面内でのビームの変位、すなわち、「ｓｈｉｆｔ」軌道における上段偏向器（すなわち１０Ｕ２）の感度ｆは、ｆｎａｒｒｏｗ，ｓｈｉｆｔである。同様に、上段偏向器（すなわち１０Ｕ２）に印加する単位印加電圧当たりの偏向器へのビーム入射角の変化、すなわち、「ａｌｉｇｎ」軌道における上段偏向器の感度ｆは、ｆｎａｒｒｏｗ，ａｌｉｇｎである。更に、「ｎａｒｒｏｗ」の状態において、上段偏向器および下段偏向器の印加電圧の変動電圧当たりのビーム径の劣化に対する感度ｆは、それぞれｆ（Ｕ）ｎａｒｒｏｗ，ｂｌｕｒ、ｆ（Ｌ）ｎａｒｒｏｗ，ｂｌｕｒである。
【００８６】
ここで、
ｆｗｉｄｅ，ｓｈｉｆｔ＞ｆｎａｒｒｏｗ，ｓｈｉｆｔ、ｆｗｉｄｅ，ａｌｉｇｎ＞ｆｎａｒｒｏｗ，ａｌｉｇｎ
ｆ（Ｕ）ｗｉｄｅ，ｂｌｕｒ＞ｆ（Ｕ）ｎａｒｒｏｗ，ｂｌｕｒ、
ｆ（Ｌ）ｗｉｄｅ，ｂｌｕｒ＞ｆ（Ｌ）ｎａｒｒｏｗ，ｂｌｕｒ                          （４−１）
の関係にある。
【００８７】
このような構成の動作について説明する。ところで、最もプリミティブな軸の調整法は、装置のオペレータが装置から得られる何らかの情報、例えば走査像を見ながら、図示しない入力装置を介して、制御コンピュータ１２にビームの移動（図１１に示した機能による）や傾き変更（図５に示したｓｈｉｆｔ機能による）を指示し、その指示に基づいて制御コンピュータ１２が装置を駆動し、その結果の情報をオペレータが見て軸の善し悪しを判断し、より良く軸が合うように試行錯誤しながら装置の状態を変えて行く。そして、最終的に最良の状態にまで持っていく。更には、上記方法を、自動的に行うように、制御コンピュータ１２に「軸自動調整プログラム」を組み込むこともできる。
【００８８】
このような軸合わせそのものの方法は本発明とは直接の関係がないので、ここでは制御コンピュータ１２の指示（光軸からの距離Ｌの補正量Ｓと傾きθの補正量Ｔ）と、指示に従ってビームの移動や傾きを決める偏向器への印加電圧値と偏向器の感度の切り換えに限って説明する。また、コンデンサレンズ５と絞り６とは、それぞれ図示しない機械的光軸調整機構によって事前に十分に軸合わせ調整がなされているものとする。
【００８９】
オペレータまたは「軸自動調整プログラム」は、光軸調整のための光軸からの距離Ｌの補正量Ｓと傾きθの補正量Ｔを制御コンピュータ１２に示し、制御コンピュータ１２は距離Ｌの補正量Ｓと傾きθの補正量Ｔとをメモリ３０に記憶する。ここで、メモリ２０には先に説明した値が既に記憶されているものとする。
【００９０】
図１０において、制御コンピュータ１２は、オペレータまたは「軸自動調整プログラム」が決めた補正量Ｓと傾きの補正量Ｔに基づいて、上段偏向器１０Ｕに印加すべき光軸からの距離の補正のための印加電圧Ｖｓｕと傾きの補正のための印加電圧Ｖｔｕは、感度ｆを考慮して、
Ｖｓｕ＝Ｓ／ｆｎａｒｒｏｗ，ｓｈｉｆｔ                            （４−２）
Ｖｔｕ＝Ｔ／ｆｎａｒｒｏｗ，ａｌｉｇｎ                            （４−３）
である。
【００９１】
以上から、上段偏向器１０Ｕに印加すべき光軸からの距離の補正のための印加電圧Ｖｕｐｐｅｒは、
Ｖｕｐｐｅｒ  ＝  Ｖｓｕ  ＋  Ｖｔｕ                                  （４−４）
である。
【００９２】
同様に、下段偏向器１１Ｌに印加すべき光軸からの距離の補正のための印加電圧Ｖｓｌと傾きの補正のための印加電圧Ｖｔｌは、感度ｆを考慮して、
Ｖｓｌ＝Ｓ・Ｒｓ（ｎａｒｒｏｗ）／ｆｎａｒｒｏｗ，ｓｈｉｆｔ                          （４−５）
Ｖｔｌ＝Ｔ・Ｒｔ（ｎａｒｒｏｗ）／ｆｎａｒｒｏｗ，ｔｉｌｔ                  （４−６）
である。ここでＲｓ（ｎａｒｒｏｗ）は、図１１で示した２段偏向方式の「ｓｈｉｆｔ」軌道において、状態「ｎａｒｒｏｗ」のとき上段偏向器で偏向されたビームが下段偏向器で正確に「振り戻される」ために、下段偏向器１０Ｌに印加すべき電圧を算出するための係数であって、上段偏向器に印加される電圧と下段偏向器に印加される電圧との比で表される。図１０において、上段偏向器１０Ｕの偏向器１０Ｕ２の感度と下段偏向器１０Ｌの偏向器１０Ｌ２の感度とが同じであれば、Ｒｓ（ｎａｒｒｏｗ）  ＝−１である。同じく、Ｒｔ（ｎａｒｒｏｗ）は、２段偏向方式の「ａｌｉｇｎ」軌道において、状態「ｎａｒｒｏｗ」のとき上段偏向器で偏向されたビームが下段偏向器で正確に「振り戻される」ために、下段偏向器１０Ｌに印加すべき電圧を算出するための係数であって、上段偏向器に印加される電圧と下段偏向器に印加される電圧との比で表される。
【００９３】
従って、下段偏向器１１Ｌに印加すべき光軸からの距離の補正のための印加電圧Ｖｓｌと傾きの補正のための印加電圧Ｖｔｌを加算した印加電圧Ｖｌｏｗｅｒは、
Ｖｌｏｗｅｒ  ＝  Ｖｓｌ  ＋  Ｖｔｌ                                （４−７）
である。
【００９４】
続いて、メモリ２０を参照して、偏向器への印加可能な最大印加電圧Ｖｍａｘと上記印加電圧Ｖｕｐｐｅｒ、Ｖｌｏｗｅｒとを比較し、印加電圧Ｖｕｐｐｅｒ、Ｖｌｏｗｅｒが共に最大印加電圧Ｖｍａｘ以下であれば、次に移る。
【００９５】
すなわち、上記の結果に基づいて、制御コンピュータ１１は、スイッチコントローラ１３を介して、スイッチＳＷＵおよびＳＷＬとを共に「ｎａｒｒｏｗ」側に倒して、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０Ｕ２とを切り離し、偏向器１０Ｕ１の各偏向子をアースに落とし、かつ偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とを切り離し、偏向器１０Ｌ１の各偏向子をアースに落とす。更に、制御コンピュータ１２は、前記電圧値Ｖｕｐｐｅｒを上段偏向電源１１Ｕに、前記電圧値Ｖｌｏｗｅｒを下段偏向電源１１Ｌとに伝える。この情報を基に上段偏向電源１１Ｕは、前記偏向電圧を発生して、偏向器１０Ｕ２の各偏向子とに印加する。同様に、下段偏向電源１１Ｌは、前記偏向電圧を発生して、偏向器１０Ｌ２の各偏向子とに印加する。
【００９６】
この状態は、偏向器１０Ｕ１あるいは偏向器１０Ｌ１はアース電位の単なる円筒（この円筒はアース電位であるのでイオンビームＩＢに影響を与えない）であり、その下流側の偏向器１０Ｕ２あるいは偏向器１０Ｌ２がそれぞれひとつの偏向器として動作することを表している。このようにして印加された電圧に従って、イオンビームＩＢは偏向を受け、光軸上で光軸に平行に出射される。
【００９７】
このときの電圧ノイズΔＶの影響によるイオンビームＩＢのビーム径の劣化（ビーム径が太くなる）量Δｄｎａｒｒｏｗは、上段の偏向器の感度ｆ（Ｕ）ｎａｒｒｏｗ，ｂｌｕｒと上段の偏向器に印加される電圧ノイズΔＶ（Ｕ）とから求めたビーム径の劣化Δｄ（Ｕ）ｎａｒｒｏｗと、下段の偏向器の感度ｆ（Ｌ）ｎａｒｒｏｗ，ｂｌｕｒと下段の偏向器に印加される電圧ノイズΔＶ（Ｌ）とから求めたビーム径の劣化Δｄ（Ｌ）ｎａｒｒｏｗとの合成である。電圧ノイズはランダムであり、更に、上下段共に電圧ノイズは等しくΔＶ程度であるとすれば、
Δｄｎａｒｒｏｗ  ＝  （Δｄ（Ｕ）ｎａｒｒｏｗ２＋Δｄ（Ｌ）ｎａｒｒｏｗ２）１／２    （４−８）
ここで、
Δｄ（Ｕ）ｎａｒｒｏｗ＝ｆ（Ｕ）ｎａｒｒｏｗ，ｂｌｕｒ・ΔＶ／√２            （４−９）
Δｄ（Ｌ）ｎａｒｒｏｗ＝ｆ（Ｌ）ｎａｒｒｏｗ，ｂｌｕｒ・ΔＶ／√２            （４−１０）
である。
【００９８】
一方、メモリ２０を参照して、偏向器への印加可能な最大印加電圧Ｖｍａｘと上記印加電圧Ｖｕｐｐｅｒ、Ｖｌｏｗｅｒとを比較し、印加電圧Ｖｕｐｐｅｒ、Ｖｌｏｗｅｒの何れかが最大印加電圧Ｖｍａｘを超えていれば、次に移る。
【００９９】
図１０において、制御コンピュータ１２は、オペレータまたは「軸自動調整プログラム」が決めた光軸からの距離Ｌの補正量Ｓと傾きθの補正量Ｔに基づいて、上段偏向器１０Ｕに印加すべき光軸からの距離の補正のための印加電圧Ｖｓｕと傾きの補正のための印加電圧Ｖｔｕは、感度ｆを考慮して、
Ｖｓｕ＝Ｓ／ｆｗｉｄｅ，ｓｈｉｆｔ                          （４−１１）
Ｖｔｕ＝Ｔ／ｆｗｉｄｅ，ａｌｉｇｎ                          （４−１２）
である。
【０１００】
以上から、上段偏向器１０Ｕに印加すべき光軸からの距離の補正のための印加電圧Ｖｕｐｐｅｒは、
Ｖｕｐｐｅｒ  ＝  Ｖｓｕ  ＋  Ｖｔｕ                                （４−１３）
である。
【０１０１】
同様に、下段偏向器１１Ｌに印加すべき光軸からの距離の補正のための印加電圧Ｖｓｌと傾きの補正のための印加電圧Ｖｔｌは、感度ｆを考慮して、
Ｖｓｌ＝Ｓ・Ｒｓ（ｗｉｄｅ）／ｆｗｉｄｅ，ｓｈｉｆｔ                          （４−１４）
Ｖｔｌ＝Ｔ・Ｒｔ（ｗｉｄｅ）／ｆｗｉｄｅ，ａｌｉｇｎ                （４−１５）
である。ここでＲｓ（ｗｉｄｅ）は、図１１で示した２段偏向方式の「ｓｈｉｆｔ」軌道において、状態「ｗｉｄｅ」のとき上段偏向器で偏向されたビームが下段偏向器で正確に「振り戻される」ために、下段偏向器１０Ｌに印加すべき電圧を算出するための係数であって、上段偏向器に印加される電圧と下段偏向器に印加される電圧との比で表される。図１０において、上段偏向器１０Ｕの感度と下段偏向器１０Ｌの感度とが同じであれば、Ｒｓ（ｗｉｄｅ）  ＝−１である。同じく、Ｒｔ（ｗｉｄｅ）は、２段偏向方式の「ａｌｉｇｎ」軌道において、状態「ｗｉｄｅ」のとき上段偏向器で偏向されたビームが下段偏向器で正確に「振り戻される」ために、下段偏向器１０Ｌに印加すべき電圧を算出するための係数であって、上段偏向器に印加される電圧と下段偏向器に印加される電圧との比で表される。
【０１０２】
従って、下段偏向器１１Ｌに印加すべき光軸からの距離の補正のための印加電圧Ｖｓｌと傾きの補正のための印加電圧Ｖｔｌを加算した印加電圧Ｖｌｏｗｅｒは、
Ｖｌｏｗｅｒ  ＝  Ｖｓｌ  ＋  Ｖｔｌ                              （４−１６）
である。
【０１０３】
この結果に基づいて、制御コンピュータ１２は、スイッチコントローラ１３を介して、スイッチＳＷＵおよびＳＷＬとを共に「ｗｉｄｅ」側に倒して、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０Ｕ２とを接続し、かつ偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とを接続する。更に、制御コンピュータ１２は、前記電圧値Ｖｕｐｐｅｒを上段偏向電源１１Ｕに、前記電圧値Ｖｌｏｗｅｒを下段偏向電源１１Ｌとに伝える。この情報を基に上段偏向電源１１Ｕは、前記偏向電圧を発生して、偏向器１０Ｕ１の各偏向子と偏向器１０Ｕ２の各偏向子とに印加する。同様に、下段偏向電源１１Ｌは、前記偏向電圧を発生して、偏向器１０Ｌ１の各偏向子と偏向器１０Ｌ２の各偏向子とに印加する。
【０１０４】
この状態は、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０Ｕ２とがひとつの上段偏向器１０Ｕとして動作し、かつ偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とがひとつの下段偏向器１０Ｌとして動作することを表している。このようにして印加された電圧に従って、イオンビームＩＢは偏向を受け、光軸上で光軸に平行に出射される。
【０１０５】
このときの電圧ノイズΔＶの影響によるイオンビームＩＢのビーム径の劣化（ビーム径が太くなる）量Δｄｗｉｄｅは、上段の偏向器の感度ｆ（Ｕ）ｗｉｄｅ，ｂｌｕｒと上段の偏向器に印加される電圧ノイズΔＶ（Ｕ）とから求めたビーム径の劣化Δｄ（Ｕ）ｗｉｄｅと、下段の偏向器の感度ｆ（Ｌ）ｗｉｄｅ，ｂｌｕｒと下段の偏向器に印加される電圧ノイズΔＶ（Ｌ）とから求めたビーム径の劣化Δｄ（Ｌ）ｗｉｄｅとの合成である。電圧ノイズはランダムであり、更に、上下段共に電圧ノイズは等しくΔＶ程度であるとすれば、
Δｄｗｉｄｅ  ＝  （Δｄ（Ｕ）ｗｉｄｅ２＋Δｄ（Ｌ）ｗｉｄｅ２）１／２                （４−１７）
ここで、
Δｄ（Ｕ）ｗｉｄｅ＝ｆ（Ｕ）ｗｉｄｅ，ｂｌｕｒ・ΔＶ／√２              （４−１８）
Δｄ（Ｌ）ｗｉｄｅ＝ｆ（Ｌ）ｗｉｄｅ，ｂｌｕｒ・ΔＶ／√２              （４−１９）
である。
【０１０６】
ビーム径の劣化の感度ｆは、ｆ（Ｕ）ｗｉｄｅ，ｂｌｕｒ＞ｆ（Ｕ）ｎａｒｒｏｗ，ｂｌｕｒ、ｆ（Ｌ）ｗｉｄｅ，ｂｌｕｒ＞ｆ（Ｌ）ｎａｒｒｏｗ，ｂｌｕｒの関係にあるから、スイッチＳＷを状態「ｗｉｄｅ」から状態「ｎａｒｒｏｗ」に切換えることができた場合には、電圧ノイズΔＶの影響によるイオンビームＩＢのビーム径の劣化（ビーム径が太くなる）量は、
Δｄｗｉｄｅ＞  Δｄｎａｒｒｏｗ                                                        （４−２０）
となり、感度ｆにおおよそ比例して軽減することができる。
【０１０７】
すなわち、加工精度、組み立て精度、機械的な軸合わせの精度がよい場合には、感度を下げたｆｎａｒｒｏｗの状態で軸合わせができるから、ビーム径の劣化を軽減できる。一方、装置の稼働に伴って光学系に汚れが蓄積するなどして、機械的な軸合わせの精度が悪くなった場合には、感度を上げてｆｗｉｄｅの状態にすれば、少なくとも軸合わせはできるから、装置が使用不能に陥ることが回避できる。
【０１０８】
なお、上記は上段偏向器１０Ｕと下段偏向器１０Ｌとは、それぞれ２段に分割した例であるが、それぞれ３以上の多段に分割した場合には、印加電圧ＶｕｐｐｅｒとＶｌｏｗｅｒとが最大印加電圧Ｖｍａｘを超えない限りにおいて、感度ｆは最小となるように偏向器を選択するとよい。
【０１０９】
以上のごとく本発明について第１の実施の形態と第２の実施の形態とを詳細に記載したが、本発明は上記記載に限定されるものではない。例えば、上記では、円筒形の静電偏向器について説明したが、平行平板形の静電偏向器であってもよい。
【０１１０】
また、例えば実施の形態１においては、説明の都合で、倍率が高くなるに伴って分割された偏向器を上流から順に偏向電源から切離してアースに落とすように記述しているが、このような偏向器の選択（偏向器を偏向電源と接続するかアースに落とすかの選択）は、上記の逆の順番でもランダムな選択方法であってもよい。同様に、偏向器の選択を倍率Ｍと閾値Ｍｔとの比較で行うように説明したが、走査幅Ｌと走査幅Ｌに基づいた閾値Ｌｔとの比較で行うようにしてもよい。
【０１１１】
また、実施の形態１、２共に、説明の都合で、偏向器１０を上段偏向器１０Ｕと下段偏向器１０Ｌとに分割した上で、更にこれらを多段に分割し、上段偏向器として動作する偏向器は分割された上段偏向器１０Ｕから選択し、下段偏向器として動作する偏向器は分割された下段偏向器１０Ｌから選択している。これに対して別案として、偏向器１０を全体として多段に分割し、このなかから任意に選択した２組の偏向器または偏向器群のうちの上流側の偏向器または偏向器群を上段偏向器１０Ｕとし、下流側の偏向器または偏向器群を下段偏向器１０Ｌとする方法でもよい。
【０１１２】
更に、上記では、イオンビームを用いた装置の静電偏向器について述べたが、電子ビームを用いた電子顕微鏡、電子ビーム描画機などの装置であっても静電型の偏向器であれば同様に応用できる。
【０１１３】
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＦＩＢ装置の一例を説明する図
【図２】従来の静電偏向器の一例を説明する図
【図３】従来の静電偏向器の他の一例を説明する図
【図４】静電偏向器を構成する偏向子の例を説明する図
【図５】２段偏向型静電偏向器の軌道を説明する図
【図６】倍率を説明する図
【図７】走査のために印加する電圧を説明する図
【図８】本発明に係る２段偏向方式の静電偏向器の例を説明する図
【図９】先願の発明に係る２段偏向方式の静電偏向器の例を説明する図
【図１０】本発明に係る２段偏向方式の静電偏向器の他の例を説明する図
【図１１】２段偏向型静電偏向器の軌道の他の例を説明する図
【符号の説明】
１…エミッタ、２…サプレッサ電極、３…引き出し電極、４…加速電極、５…コンデンサレンズ、６…絞り、７…対物レンズ、８…試料ステージ、１０…偏向器、Ｗ…試料、１１…偏向電源、１２…制御コンピュータ、ＳＷ…スイッチ、１３…スイッチコントローラ、１０Ｕ…上段偏向器、１０Ｌ…下段偏向器、１１Ｕ…上段偏向電源、１１Ｌ…下段偏向電源、ＳＷＵ…スイッチ、ＳＷＬ…スイッチ、２０、３０…メモリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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